JP3239454B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、電子写真装置
（複写機・光プリンタなど）・静電記録装置等の画像形
成装置のように、被帯電体としての像担持体（電子写真
感光体・静電記録誘電体など）の面を帯電処理する工程
及び光像照射の露光をする工程を含む転写式（間接式）
或いは直接式の作像プロセスを適用して画像形成を実行
する画像形成装置に関する。

【０００２】より詳しくは、被帯電体の帯電処理手段と
して、電圧を印加した帯電部材を被帯電体に当接させて
被帯電体面を帯電する接触式帯電装置を利用した画像形
成装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】前記のような画像形成装置において、被
帯電体としての像担持体面を帯電処理する手段機器とし
ては従来よりコロナ放電装置が広く利用されている。

【０００４】コロナ放電装置は像担持体等の被帯電体面
を所定の電位に均一に帯電処理する手段として有効であ
る。しかし、高圧電源を必要とし、コロナ放電のために
好ましくないオゾンが発生するなどの問題点を有してい
る。

【０００５】このようなコロナ放電装置に対して、前記
のように電圧を印加した帯電部材を被帯電体面に接触さ
せて被帯電体面を帯電処理する接触式帯電装置は、電源
の低圧化が図れ、オゾンの発生量が少ない等の長所を有
していることから、例えば画像形成装置に於いてコロナ
放電装置にかえて感光体・誘電体等の像担持体、その他
の被帯電体面の帯電処理手段として注目され、その実用
化研究が進められている。

【０００６】例えば、本出願人が先に提案（特願昭62-5
1492号・同62-230334 号など）したように、接触式帯電
装置に於いて直流電圧を帯電部材に印加したときの被帯
電体の帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する
振動電界（交互電界、時間とともに電圧値が周期的に変
化する電界（電圧））を帯電部材と被帯電体との間に形
成すること、更には表層に高抵抗層を設けた帯電部材を
用いることにより、被帯電体の帯電均一性、感光体等の
被帯電体表面のピンホール・傷等によるリーク防止等を
図ることができる。

【０００７】また、帯電部材として導電性繊維毛ブラシ
あるいは導電性弾性ローラ等の導電性部材（導電性電位
維持部材）を被帯電体と接触させ、外部から直流電圧を
印加することにより被帯電体表面に電荷を直接注入して
被帯電体表面を所定の電位に帯電させるものもある。

【０００８】図１４は接触式帯電装置の一例の概略構成
の横断面図である。

【０００９】１は被帯電体である。本例では回転ドラム
型の電子写真感光体（以下、感光体と記す）である。本
例の該感光体１はアルミニウム等の導電性基層１ｂと、
その外面に形成した光導電層１ａとを基本構成層とする
ものである。

【００１０】２は帯電部材である。本例はローラタイプ
である（以下帯電ローラと記す）。該帯電ローラ２は中
心の芯金２ｃと、その外周に形成した導電層２ｂと、更
にその外周に形成した抵抗層２ａとからなる。

【００１１】帯電ローラ２は芯金２ｃの両端部を不図示
の軸受部材に回転自由に軸受させて、ドラム型の感光体
１に並行に配置して不図示の押圧手段で感光体１面に対
して所定の押圧力をもって圧接され、本例の場合は感光
体１の回転駆動に伴い従動回転する。

【００１２】３は帯電ローラ２に対するバイアス印加電
源である。この電源３と帯電ローラ２の芯金２ｃとが電
気的に接続されていて電源３により帯電ローラ２に対し
て所定のバイアスが印加される。このバイアスとしては
直流電圧のみの印加でもよいが、前述のように交流電圧
に直流電圧を重畳した振動電圧を印加するのが好まし
い。

【００１３】そして、被帯電体たる感光体１が回転駆動
されると、該感光体１に圧接され且つバイアス電圧が印
加された帯電部材としての帯電ローラ２により感光体１
の外周面が所定の極性・電位に帯電処理される。

【００１４】感光体１の周囲・周辺には後述する図１の
ように、上記の帯電手段としての帯電ローラ２の他に露
光手段・現像手段・転写手段・クリーニング手段、画像
定着手段等の所要の作像プロセス機器が配設されて画像
形成機構が構成されていて画像形成が実行されるが、こ
の図にはそれ等のプロセス機器を省略してある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような画像形成
装置は画像形成回数が増加するにつれて被帯電体として
の感光体に接触している帯電部材としての帯電ローラが
トナー等で汚れる。また感光体の外周面がクリーニング
手段のクリーニングブレードや現像剤等により削られ
る。そして感光体の厚み（層厚、膜厚）が減少すること
による等価容量変化により共に帯電特性が変化する。

【００１６】特に、帯電手段が接触方式の直流電圧印加
の場合には、感光体の容量変化に大きく影響を受ける。
即ち、画像形成使用回数が増え、感光体の膜厚が減少す
ると、帯電ローラに流れる直流電流が増加し感光体の外
周面の表面電位は上昇する。しかも帯電ローラの表面が
現像剤等のトナー微粉体等で汚れた場合には画像上にム
ラが相乗的に発生するため、電位が安定せずひどい画像
障害となってしまうことがあった。

【００１７】感光体の膜厚が減少して表面電位は上昇す
るが、感光体感度は膜厚減少に応じて低下するために白
原稿に対応する表面電位即ち明部電位が充分に電位降下
しない。そのため黒原稿と白原稿との表面電位コントラ
ストが狭くなり、現像時に充分な現像コントラストを得
ようとすると白画像の電位に対して充分な逆コントラス
トが得られず、明部電位部が現像剤で薄く現像されて
「かぶり」画像となる障害があった。

【００１８】それを現像バイアスや露光用ランプ電圧
（＝光像照射の露光量）でかぶらないように調整する場
合でも、調整巾を充分に広く確保しておく必要があるた
め、調整範囲が広範囲で電源等のコストアップ要因とな
っていた。

【００１９】更に、適正な画像形成条件を自動制御で算
出する構成の画像形成装置においては、感光体の表面電
位が変化するために適性画像形成条件の調整最適化が困
難で、画像形成回数が特定回数を越えると徐々にかぶり
画像を発生する傾向にあった。

【００２０】この現象を回避するためには、感光体の表
面電位を検出する表面電位センサ等が必要であり、装置
としては大幅なコストアップと複雑化及び大型化となっ
てしまい、小型で低価格な画像形成装置を開発する上で
大きな障害となっていた。

【００２１】また、帯電部材２の抵抗層２ａの抵抗値は
環境湿度や耐久の進行等の要因により変動しやすい。そ
のために感光体の表面電位が変動し、画像濃度や画質を
安定して形成することを阻害する因子の一つとなってい
た。

【００２２】更に加えて、感光体のピンホールに対する
濃度むら等に対処する場合は、定電流を流したときの電
圧を検知し、帯電部材の抵抗変動に対する電圧補正を行
う方法が適していたが、耐久による感光体の膜厚変化に
対しては電圧の検知範囲が広すぎて検知装置が高価で大
型化するのと同時に定電流装置と定電圧装置の両方を備
えなければならず、小型化と低価格に対しては障害とな
っていた。

【００２３】本発明は上記のような問題点を解消するこ
とを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする画像形成装置である。

【００２５】（１）被帯電体に該被帯電体面を帯電処理
する工程及び光像照射の露光をする工程を含む作像プロ
セスを適用して画像形成を実行する画像形成装置であ
り、該被帯電体の帯電処理手段は、電圧を印加した帯電
部材を被帯電体に当接させて被帯電体面を帯電する接触
式帯電装置であり、且つ帯電部材の清掃手段を有し、該
帯電部材が被帯電体の非画像形成領域に対応していると
きに該帯電部材を清掃手段により清掃し、この清掃手段
による清掃が終了した後で帯電部材の電源電圧を直流定
電圧制御し、そのときの直流電流量を検知し、該帯電部
材が被帯電体の画像形成領域に対応しているときは上記
検知した直流電流量に応じて印加電圧と光像照射の露光
量を制御するようにした、ことを特徴とする画像形成装
置。

【００２６】（２）被帯電体に該被帯電体面を帯電処理
する工程及び光像照射の露光をする工程を含む作像プロ
セスを適用して画像形成を実行する画像形成装置であ
り、該被帯電体の帯電処理手段は、電圧を印加した帯電
部材を被帯電体に当接させて被帯電体面を帯電する接触
式帯電装置であり、且つ帯電部材の清掃手段を有し、該
帯電部材が被帯電体の非画像形成領域に対応していると
きに該帯電部材を清掃手段により清掃し、この清掃手段
による清掃が終了した後で帯電部材の電源電圧を直流定
電圧制御し、形成された静電潜像を現像した直後にその
ときの直流電流量を検知し、該帯電部材が被帯電体の画
像形成領域に対応しているときは上記検知した直流電流
量に応じて印加電圧と光像照射の露光量を制御するよう
にした、ことを特徴とする画像形成装置。

【００２７】（３）画像定着装置の定着ローラ温度が特
定温度以下にて画像形成装置を稼働準備状態としたとき
のみ、該帯電部材が被帯電体の非画像形成領域に対応し
ているときに該帯電部材を清掃し、その後帯電部材の電
源電圧を直流定電圧制御し、そのときの直流電流量を検
知し、該帯電部材が被帯電体の画像形成領域に対応して
いるときは上記検知した直流電流量に応じて印加電圧及
び光像照射の露光量を制御するようにした、ことを特徴
とする（１）又は（２）に記載の画像形成装置。

【００２８】（４）帯電部材は表層に高抵抗層を有する
導電性帯電部材であることを特徴とする（１）乃至
（３）の何れかに記載の画像形成装置。

【００２９】

【作用】画像形成回数が増加して画像形成装置の像担持
体としての被帯電体の厚みが減少することによる被帯電
体の容量変化があっても、その都度、被帯電体の厚みに
対する容量に応じた電圧−電流特性を検知することによ
り、その時の最適な補正印加電圧を帯電部材に印加する
ことができる。

【００３０】しかも電流検知を行う前に帯電部材の清掃
を清掃手段で行わせるため、帯電部材の汚れ等による電
流検知ムラやバラツキをなくすることが可能となり、印
加電圧制御の性能が更に向上する。すなわち、本発明に
おいては、帯電部材を清掃してから帯電部材の電源電圧
を直流定電圧制御しているので制御精度が非常に高い。
また清掃が終了した後で直流電流量を検知しているので
清掃手段により検知制度が劣化することもない。

【００３１】それによると、被帯電体の厚みが減少する
につれて非画像部定電圧印加時の検知電流量が増加し、
その増加量に応じて画像部印加電圧値に電圧減少補正を
加えるため、常に最適状態の帯電処理と画像形成が実行
される。

【００３２】また、帯電部材の抵抗層の環境湿度変動や
耐久変動で抵抗値が上昇した場合には、検知電流量が減
少し、画像部印加電圧値に電圧増加補正を加えるため、
帯電不足が無く、常に充分な画像濃度と画質を得ること
ができる。

【００３３】

【実施例】以下の実施例１乃至同４は前記特許請求の範
囲の請求項１乃至同４に記載の発明の画像形成装置につ
いての実施例である。

【００３４】〈実施例１〉（図１〜図１０） （１）画像形成装置例 図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成を示
している。

【００３５】１は被帯電体としての像担持体であり、本
例のものはアルミニウム等の導電性基体層１ｂと、その
外周面に形成した光導電層１ａを基本構成層とするドラ
ム型の電子写真感光体である。支軸１ｄを中心に図面上
時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって
回転駆動される。

【００３６】２はこの感光体１面に接して感光体面を所
定の極性・電位に一様に一次帯電処理する接触帯電部材
であり、本例はローラタイプのもの（帯電ローラ）であ
る。帯電ローラ２は中心芯金２ｃと、その外周に形成し
た導電層２ｂと、更にその外周に順次形成した２層の抵
抗層２ａ₂ ・２ａ₁ とから成り、芯金２ｃの両端部を不
図示の軸受部材に回転自由に軸受させてドラム型の感光
体１に並行に配置して不図示の押圧手段で感光体１面に
対して所定の押圧力をもって圧接され、感光体１の回転
駆動に伴い従動回転する。４は帯電ローラ２を清掃する
清掃部材である。

【００３７】而して、電源３から摺動接点３ａを介して
芯金２ｃに所定の直流（ＤＣ）バイアスが印加されるこ
とで回転感光体１の周面が所定の極性・電位に接触帯電
（一次帯電）される。

【００３８】帯電部材２で均一に帯電処理を受けた感光
体１面は次いで露光手段１０により目的画像情報の露光
Ｌ（原稿画像の結像スリット露光、レーザービーム走査
露光など）を受けることで、その周面に目的の画像情報
に対応した静電潜像が形成される。

【００３９】本例装置における露光手段１０は、公知の
原稿台固定−光学系移動型の原稿画像結像スリット露光
手段である。該露光手段１０において、２０は固定の原
稿台ガラス、Ｏは該原稿台ガラス上に画像面下向きで載
置セットされた原稿、２１は原稿押え板、２２は原稿照
明ランプ（露光用ランプ）、２３はスリット板、２４〜
２６は移動第１〜第３ミラー、２７は結像レンズ、２８
は固定ミラーである。ランプ２２・スリット板２３・移
動第１ミラー２４は原稿台ガラス２０の下面を一端側か
ら他端側へ所定の速度Ｖで、また移動第２・第３ミラー
２５・２６はＶ／２の速度で移動駆動されて原稿台ガラ
ス２０上の下向き原稿面が一端辺側から他端辺側に走査
されて原稿画像が回転感光体１面に結像スリット露光Ｌ
される。

【００４０】感光体１面の形成潜像は次いで現像手段１
１によりトナー画像として順次に可視像化されていく。
このトナー画像は、次いで、転写手段１２により不図示
の給紙手段部から感光体１の回転と同期どりされて適正
なタイミングをもって感光体１と転写手段１２との間の
転写部へ搬送された転写材１４の面に順次に転写されて
いく。本例の転写手段１２は転写ローラであり、転写材
１４の裏からトナーと逆極性の帯電を行なうことで感光
体１面側のトナー画像が転写材１４の表面側に転写され
ていく。

【００４１】トナー画像の転写を受けた転写材１４は感
光体１面から分離されて不図示の像定着手段へ搬送され
て像定着を受け、画像形成物として出力される。或いは
裏面にも像形成するものでは転写部への再搬送手段へ搬
送される。

【００４２】像転写後の感光体１面はクリーニング手段
１３で転写残りトナー等の付着汚染物の除去を受けて清
浄面化され、更に除電露光装置１５により除電されて、
繰り返して作像に供される。

【００４３】（２）帯電部材２と清掃部材４の各種形態
例 ローラタイプの帯電部材２は面移動駆動される被帯電体
としての感光体１に従動回転させてもよいし、非回転の
ものとさせてもよいし、感光体１の面移動方向に順方向
又は逆方向に所定の周速度をもって積極的に回転駆動さ
せるようにしてもよい。

【００４４】清掃部材４はスポンジや微細繊維（商品名
エクセーヌ，東レ（株））等のパット部材であり、帯電
ローラ２に対して不図示の駆動手段により接離移動制御
される。

【００４５】帯電部材２はローラタイプ以外にも、ブレ
ード状タイプ・ブロック状タイプ・ロッド状タイプ・ベ
ルト状タイプなどの形態に構成できる。

【００４６】図２の（ａ）はブレード状タイプとしたも
のの一例の横断面模型図を示している。この場合、感光
体１面に当接されるブレード状帯電部材２の向きは感光
体１面の面移動方向に順方向又は逆方向のどちらでもよ
い。

【００４７】図２の（ｂ）はブロック状もしくはロッド
状としたものの一例の横断面模型図を示している。

【００４８】この図２の例では（ａ），（ｂ）共に清掃
部材４は支持部４ａとブラシ部４ｂからなる清掃ブラシ
であり、不図示の駆動手段により感光体１の長手方向に
移動され、帯電ブレード２又は帯電ブロック２と感光体
１との接触部の微小ギャップ部を摺擦して清掃する。

【００４９】各タイプの帯電部材２において、２ｃは導
電性の芯金部材、２ｂは導電層、２ａは抵抗層を示して
いる。

【００５０】ブロック状もしくはロッド状としたもの
は、回転可能としたローラタイプのものにおいては芯金
部材２ｃに対してバイアス電圧を印加するために必要と
する給電用摺動接点３ａなしに芯金部材２ｃに対して電
源３に通じるリード線を直接に接続することができ、給
電用摺動接点３ａから発生する可能性のある電気ノイズ
がなくなるという利点とともに、省スペース化、さらに
は被帯電体面のクリーニングブレードを兼用させる構成
のものとすることも可能である。

【００５１】（３）シーケンス 図３は図１の装置の動作シーケンス例である。本例は２
枚連続プリントの場合を示している。

【００５２】．プリント（コピー）開始信号にもとづ
き、それまでスタンバイ状態にある装置の感光体１（以
下、ドラムと記す）の回転駆動が開始されて前回転期間
が開始される。このドラム１の回転開始と同時に除電露
光１５がＯＮとなり、区間Ａ１においてドラム１の一周
面以上が除電される。

【００５３】この区間Ａ１の間に帯電ローラ清掃部材４
が帯電ローラに当接し、帯電ローラ２の回転により摺擦
清掃を行なう。

【００５４】本実施例では帯電ローラ２の１〜５回転分
清掃すると良好であり、その後清掃部材４は帯電ローラ
２から離される。

【００５５】．次に接触帯電部材である帯電ローラ２
に対する一次帯電バイアスであるＤＣバイアスがＯＮと
なる。

【００５６】．この一次帯電バイアスは始めに区間Ｂ
１で定電圧制御され、その間にＤＣ電流の検知がなさ
れ、次に該検知したＤＣ電流に対応した帯電ローラＤＣ
定電圧制御がなされる。

【００５７】画像形成が始まるまでがドラム１の前回転
期間であり、その間のドラム１面は非画像形成領域面で
あり、従って帯電ローラ２はドラム１の非画像形成領域
面に対応している前回転期間の区間Ｂ１において帯電ロ
ーラＤＣ定電圧制御がなされ、このときのＤＣ電流の検
知と一次電圧補正（帯電ローラ２に対する一次帯電バイ
アス補正）がなされる。

【００５８】．一次補正電圧で帯電ローラＤＣ定電圧
制御が始まったら画像露光（原稿画像の結像スリット露
光）による１枚目の画像形成が行なわれる。帯電ローラ
２はドラム１の画像形成領域面に対応しており、該ドラ
ム１面をＤＣ定電圧制御状態にて帯電処理している。

【００５９】．１枚目のプリントについての画像形成
が終了し、次の２枚目のプリントについての画像形成が
開始されるまでの間の所謂紙間のドラム面は非画像形成
領域面であり、本実施例ではこの紙間でも再び帯電ロー
ラ２の清掃と、ＤＣ定電圧制御・ＤＣ電流検知・ＤＣ定
電圧制御を実行させている。

【００６０】即ち、１枚目のプリントが終了したら一次
帯電バイアスを紙間の区間Ｂ２において再び帯電ローラ
ＤＣ定電圧制御となし、ＤＣ電流検知を実行させ、次い
でその検知ＤＣ電流に応じた帯電ローラ定電圧制御を実
行させて２枚目のプリントについての画像形成を実行さ
せている。

【００６１】３枚以上の連続プリントのときも各紙間に
おいて同様に帯電ローラＤＣ定電圧制御・ＤＣ電流検知
・ＤＣ定電圧制御のシーケンスを行なう。

【００６２】．最終枚目のプリントの画像形成が終了
したらドラム１は後回転期間に入り、この後回転期間の
区間Ａ２において、再度、帯電ローラ２の清掃が行なわ
れ、ドラム１の一周面以上の除電露光１５がなされて除
電され、ドラム１の回転と除電露光がＯＦＦとなり、装
置は次のプリント開始信号の入力までスタンバイ状態に
入る。

【００６３】上記の構成において、耐久によって帯電ロ
ーラ２の表面が汚れ、更にドラム表面が削れて感光体膜
厚が薄くなった場合でも、帯電ローラ２が清掃され、帯
電ローラ２がドラム１の非画像形成領域面に対応してい
るときになされているＤＣ定電圧制御期間Ｂ１やＢ２の
検知ＤＣ電流がムラなく精度良く高くなり、その検知Ｄ
Ｃ電流に応じた低下補正電圧での帯電ローラＤＣ定電圧
制御のもとでドラム１の画像形成領域面に対する帯電処
理が帯電ローラ２によりなされて画像形成が実行され
る。

【００６４】また、低湿環境にて特に帯電ローラ２の抵
抗が下がり、上記期間Ｂ１やＢ２の帯電ローラＤＣ定電
圧制御の検知ＤＣ電流が低くなる。その検知ＤＣ電流に
応じた増加補正電圧での帯電ローラＤＣ定電圧制御のも
とでドラム１の画像形成領域面に対する帯電処理が帯電
ローラ２によりなされて画像形成が実行されるので、帯
電ローラ２の環境での抵抗変動にかかわらずドラム１の
帯電電位は一定化される。

【００６５】更に、帯電ローラが汚れていても清掃後に
電流検知が行なわれるため、電圧制御精度が向上し、安
定した電圧と画像が得られる。

【００６６】（４）電圧補正方法 次に、直流電源３を用いて最適な帯電を行なう方法につ
いて説明する。

【００６７】まず、帯電ローラ２に直流電源により直流
電圧を印加する場合の帯電メカニズムについて説明す
る。

【００６８】感光体１としては負極性のＯＰＣ感光ドラ
ムを用いた。具体的には感光体層としてアゾ顔料をＣＧ
Ｌ層（キャリア発生層）とし、その上にヒドラゾンと樹
脂を混合したものをＣＴＬ層（キャリア輸送層）として
２４μｍの厚さに積層した負極性有機半導体層（ＯＰＣ
層）とし、このＯＰＣ感光ドラム１を回転駆動させ、そ
の表面に帯電ローラ２を接触させ、該帯電ローラ２に直
流電圧Ｖ_DCを印加して暗所でＯＰＣ感光ドラム１に接触
させて帯電を行なわせるものとし、帯電ローラ２通過後
の帯電されたＯＰＣ感光ドラム１の表面電位Ｖ_D と、帯
電ローラ２に対する印加直流電圧Ｖ_DCとの関係を測定し
た。

【００６９】図４の（ａ）の２４μｍの直線グラフはそ
の測定結果を示すものである。印加直流電圧Ｖ_DCに対し
て帯電は図４の（ａ）のようにドラム膜厚ごとに閾値を
有し、特定電圧から帯電が開始し、その帯電開始電圧以
上の絶対値の電圧印加に対しては、得られる表面電位Ｖ
_D はグラフ上傾き１の直線的な関係が得られた。

【００７０】ここで、帯電開始電圧は以下に示すように
定義する。即ち、電位が０の像担持体に対して帯電部材
へ直流電圧のみを印加してそれを徐々に大きくしていっ
た時、その印加直流電圧に対する像担持体たる感光体の
表面電位のグラフを書いてみる。この時、ＤＣ電位を１
００Ｖごとに取っていくが、表面電位０に対して表面電
位が現れた時を第１の点として１００Ｖごとに１０点と
る。この１０点より統計学でいう最小２乗法で直線を書
き、この直線上で表面電位０のときの印加直流電圧の値
を帯電開始電圧とする。図４のグラフの直線は上記最小
２乗法により作成したものである。

【００７１】即ち、帯電ローラ２への直流印加電圧をＶ
_DCとし、ＯＰＣ感光ドラム１表面に得られる表面電位を
Ｖ_D 、帯電開始電圧をＶ_THとすると、 Ｖ_D ＝Ｖ_DC−Ｖ_HT ‥‥‥（１） の関係がある。

【００７２】上記の（１）式はパッシェン(Paschen) の
法則を用いて導出できる。

【００７３】図５に帯電ローラ２とＯＰＣ感光体層及び
その両者の接触部の微視的空間Ｚの形成する等価回路を
示す。帯電ローラ２の総抵抗Ｒ_r が小さい場合、感光体
層１ａに流れる電流Ｉ_D により生じる電圧降下Ｉ_D Ｒｒ
はＶ_DCに比べて十分に小さいので無視できる。まず、Ｒ
_r を無視すると、空間Ｚにかかる電圧Ｖｇは以下の式で
表される。

【００７４】 Ｖｇ＝ Ｖ_DC・Ｚ／（Ｌ_S ／Ｋ_S ＋Ｚ） ‥‥‥（２） Ｖ_DC：印加電圧 Ｚ ：空隙 Ｌ_S ：感光体層厚み Ｋ_S ：感光体層比誘電率 一方、空隙Ｚにおける放電現象はパッシェンの法則によ
り、Ｚ＝８μ以上では放電破壊電圧Ｖｂは次の１次式
（３）及び（４）で近似できる。

【００７５】 Ｖｂ＝３１２＋６．２Ｚ （Ｖｂ＞０の場合） ‥‥‥（３） Ｖｂ＝−（３１２＋６．２Ｚ）（Ｖｂ＜０の場合） ‥‥‥（４） Ｖｂ＜０であるから（２）・（４）式をグラフに書く
と、図６のグラフのようになる。横軸は空隙距離Ｚ、縦
軸は空隙破壊電圧を示し、下に凸の曲線がパッシェン
の曲線、上に凸の曲線・・が夫々Ｚをパラメータ
とした空隙電圧Ｖｇの特性を示す。

【００７６】パッシェンの曲線と、曲線〜が交点
を有するとき放電が生ずるものであり、放電が開始する
点においてはＶｇ＝Ｖｂとして得られるＺに関する２次
方程式の判別式が０になる。このときが放電開始限界で
あるから、Ｖ_DC＝Ｖ_THとなる。

【００７７】パッシェンの法則は空隙での放電現象に関
するものであるが、上記帯電ローラ２を用いた帯電過程
においても帯電部のすぐ近傍で微少ながらオゾンの発生
（コロナ放電に比較して１０^-2〜１０^-3）が認められ、
帯電ローラによる帯電が放電現象に関係しているものと
考えられる。従ってＶ_DCによりＶ_D を制御するために
は、 Ｖ_DC＝Ｖ_R ＋Ｖ_TH ‥‥‥（５） Ｖ_R ：目標表面電位 を用い、電位目標値Ｖ_R を設定して（５）式によりＶ_TH
を求めて加えればＶ_D をＶ_R に近づけることができる。

【００７８】ここで、（５）式からわかるように閾値電
圧Ｖ_THは、 Ｄ＝Ｌ_S ／Ｋ_S ‥‥‥（６） により決定されるわけであるが、このとき感光体層の比
誘電率Ｋ_S は感光体周囲の温度・湿度等による影響を受
けて変化し、また感光体層の厚みＬ_S は耐久により減少
する方向に変化する。

【００７９】従って周囲環境や耐久状況で、表面電位Ｖ
_D は閾値電圧Ｖ_THの変化に伴い、変動することになる。
換言すればＫ_S 及びＬ_S の値を知れば、表面電位Ｖ_D を
適正値とするための直流電圧値Ｖ_DCを求めることができ
る。

【００８０】ここで、感光ドラム１と帯電ローラ２によ
り形成される静電容量Ｃ_P は図７の（ａ）・（ｂ）に示
すように両者１・２の当接部のニップｎにより形成され
ており、ニップ部での当接面積をＳ_P とすると（ｂ）の
等価回路から Ｃ_P ＝Ｓ_P ×Ｋ_S ／Ｌ_S ＝Ｓ／Ｄ ‥‥‥（７） となる。

【００８１】つまりＣ_P ∝１／Ｄである。従ってＣ_P を
求めれば適正な直流電圧Ｖ_DCを（５）式により求めるこ
とができる。

【００８２】本実施例では、ドラム（感光体）のＣ_P を
特定する代わりに、簡易的に図７に示すようにドラムの
電荷輸送層（ＣＴ層）の膜厚（前述のＬ_s ）によって放
電インピーダンスが変化することによる帯電特性の変化
を測定し、感光体Ｃ_P の変化を推定し印加電圧を補正す
る方法をとっている。

【００８３】図４の（ａ）は、帯電ローラ２への印加電
圧とドラム表面電位の関係をドラムＣＴ層厚ごとに測定
したものである。また同様にそのときの直流電流量を図
４の（ｂ）に示してある。この図からわかるように、ド
ラムＣＴ層厚によって帯電特性、電圧電流特性及び放電
開始電圧が変化することが読み取れる。

【００８４】この特性を任意電圧の定電圧印加時のドラ
ムＣＴ層厚に対してのドラム表面電位と直流電流として
表したものが図８（ａ）・（ｂ）である。ＣＴ層厚に応
じてのドラム表面電位と直流電流の関係が読み取れる。
ＣＴ層厚が薄くなるにつれてドラム表面電位（黒電位Ｖ
_D と白電位Ｖ_L ）と直流電流量が上昇することがわか
る。つまり、特定な定電圧印加時の直流電流量を測定す
ることでドラムＣ_P に応じた表面電位を推定することが
可能なことがわかる。

【００８５】図９は、以上の関係からドラムＣＴ層厚変
化によるＣ_P 変化があっても、ドラム表面電位を制御す
るための検知電流量とそのときの補正電圧出力に関する
図である。検知電流量の増加と共に電圧出力を低下させ
るように補正をかける。この補正をかけた実験結果を図
１０の（ａ）・（ｂ）に示す。

【００８６】横軸に画像形成回数として耐久枚数をと
り、その時どきのドラム表面電位の変化を示している。
従来の特定定電圧印加のみの場合の表面電位推移はＬで
表され、帯電ローラの表面のトナー汚れ等により、不安
定でバラツイた電位推移となるが、本発明の帯電ローラ
清掃後に定電圧印加時の直流電流量を検知し、その電流
量に応じて印加電圧を補正して定電圧印加すると、Ｍで
表されるように耐久枚数が増えても常に一定のドラム表
面電位が確保できる。

【００８７】この実験には、前述したＯＰＣ感光ドラム
を使用した。また図１に示した画像形成装置において耐
久テストを行った。

【００８８】帯電ローラ２は、図１に層構成模型を示し
たように、芯金２ｃの上にＥＰＤＭ等の１０⁴ 〜１０⁵
Ωｃｍの導電ゴム層２ｂを設け、その上にヒドリンゴム
等からなる１０⁷ 〜１０⁹ Ωｃｍ程度の中抵抗層２ａ₂
を設け、その上にトレジン（注：帝国化学（株）の商
標）等のナイロン系物質からなる１０⁷ 〜１０¹⁰Ωｃｍ
のブロッキング層２ａ₁ を表層として設けた、硬度がＡ
ｓｋｅｒ−Ｃ測定で５０°〜７０°程度のものを用い
た。そしてこの帯電ローラ２を感光ドラム１に総圧１６
００ｇで当接させ、従動回転させて帯電を行った。

【００８９】帯電部材の抵抗層の環境湿度変動や耐久変
動で、抵抗値が上昇した場合には検知電流量が減少し、
画像部印加電圧値に電圧増加補正を加えるため、帯電不
足が無く、常に充分な画像濃度と画質を得ることができ
る。

【００９０】また以上の結果は、前記特許請求の範囲の
請求項２乃至同４の構成の発明によっても同様に得られ
る。

【００９１】〈実施例２〉（図１１） 図１１のシーケンスは前述図３のシーケンスとの対比に
おいて、ドラム１の前回転期間の区間Ｂ１だけにおいて
帯電ローラ２の清掃と、ＤＣ定電圧制御・ＤＣ電流検知
を実行させ、連続プリントにおける紙間での清掃と、Ｄ
Ｃ定電圧制御・ＤＣ電流検知は行なわないようにした例
である。

【００９２】これにより１回の連続プリント中の画像は
その都度変わることなく安定することとなる。

【００９３】区間Ｂ１で検知したＤＣ電流に応じた帯電
ローラ定電圧制御が連続プリントでの各画像形成時にな
される。

【００９４】ただしその検知ＤＣ電流及び補正電圧は次
のプリント開始時のドラム前回転期間の区間Ｂ１で更新
される。

【００９５】〈実施例３〉（図１２） 図１２のシーケンスは、画像形成装置に電源を投入した
とき実行される、画像定着装置昇温等のためのドラム前
多回転期間（装置ウォームアップ期間）に帯電ローラ２
の清掃とＤＣ定電圧制御Ｂ１、それによるドラム上電位
に対応して現像バイアスＤＣ分を画像域バイアスＥ１と
することにより、ドラム上にトナー像を形成し、ＤＣ電
流検知Ｄ１を行なわせている。それ以外は現像バイアス
は非画像バイアスＥ２としている。

【００９６】装置はウォームアップ終了後、ドラムの回
転・除電露光がＯＦＦとなり、プリント開始信号が入力
されるまでスタンバイ状態となる。

【００９７】プリント開始信号が入力された後の各画像
形成サイクルにおける帯電ローラの一次帯電バイアスは
上記ドラム前多回転期間のＤＣ定電圧制御で検知された
ＤＣ電流に応じた補正電圧でＤＣ定電圧制御されて画像
形成が実行される。

【００９８】上記検知されたＤＣ電流及び補正電圧は画
像形成装置の電源が切られるまで保持される。

【００９９】また、この清掃とトナー像形成と電流検知
を行うタイミングをほぼ一日に一回、朝一番だけとする
ことも画像濃度安定のためには有効である。例えば、画
像形成装置の紙づまりを処理するために短時間だけでも
装置の電源を切った場合に、電源再投入時に再度電流検
知が行われ補正電圧が更新されることになる。つまり、
電源を切る前後で検知電流の検知精度によって補正電圧
値が異なることが有り得る。短時間で補正電圧が少しで
も異なると、装置使用者には相当の違和感があるため、
画像形成時に濃度調整値を再設定し直すこととなる。

【０１００】これに対して画像形成装置の操作性能を向
上させるために、朝一で装置を使用可能状態に立ち上げ
るときにのみ、帯電ローラ清掃、帯電ローラ定電圧印
加、ドラム上トナー像形成、電流検知、補正定電圧制御
を行なわせて、その使用日にはその補正定電圧を保持し
たままとする。

【０１０１】また、朝一番でドラム上にトナー像を形成
することにより、長期耐久によるドラム上の付着異物や
紙粉を除去し、長期に渡り安定した高画質画像を提供で
きる。

【０１０２】朝一番を判断する方法として実用試験の結
果が有効だったものは、画像形成装置の電源を投入した
ときに画像定着装置の定着ローラ検知温度が特定温度以
下の場合を朝一番とする方法である。ここでの特定温度
は３０℃〜１３０℃の間、特に１００℃程度に設定する
のが最も有効だった。

【０１０３】〈実施例４〉（図１３） 帯電ローラ２のＤＣ定電圧制御におけるＤＣ電流検知を
１回しか行わない場合は、ＤＣ電流を検知する瞬間に帯
電部材たる帯電ローラ２が周方向で抵抗むらを有してい
た場合に次のような障害がある。即ち、たまたま抵抗の
低い部分で電流を検知したようなときは、高電流が検知
されるために補正後の定電圧値は低くなり、画像形成時
の帯電電位が低下することとなる。そして正規現像であ
れば、画像濃度低下となり、反転現像であれば画像濃度
の上昇及びかぶり現象となるような画像障害を生じる。

【０１０４】また、ローラが汚れていて抵抗が高い部分
で電流検知したときは、低電流が検知され、補正後の電
圧値が高くなり、帯電電位が上昇し、カブリ画像となる
画像障害等が生じる。

【０１０５】この帯電ローラの汚れや周方向での検知電
流のバラツキや違いによる画像濃度違いを解決するた
め、本実施例では図１３に示すシーケンスのように帯電
ローラ２のＤＣ定電圧制御時間内にＤＣ電流検知を複数
回行い、その複数回の検知ＤＣ電流値を加算あるいは積
分し、その平均値を算出する。画像形成時はその平均検
知電流値に応じた補正電圧で帯電ローラ２の定電圧制御
を行う。また、この方法以外にも複数回の検知ＤＣ電流
値から最大値、最小値を除く方式でも良い。

【０１０６】以上の方式により、帯電ローラ２の汚れや
周方向の抵抗むらに対しても安定した電流検知と補正電
圧値が得られ、常に安定した画像形成を行うことができ
る。

【０１０７】以上実施例１〜同４に述べたように、画像
形成回数が増加して感光体の厚みが減少することによる
感光体容量変化があっても、その都度、感光体の厚みに
対する容量に応じた電圧−電流特性を帯電ローラ清掃後
に検知することにより、その時の最適な補正印加電圧を
帯電部材に印加することができる。

【０１０８】その方法としては、非画像形成時に帯電部
材を清掃し、直流定電圧制御し、その検知電流量に応じ
て画像形成時印加電圧値に電圧補正を加えて定電圧制御
をする。

【０１０９】それによると、感光体の厚みが減少するに
つれて非画像部定電圧印加時の検知電流量が増加し、そ
の増加量に応じて画像部印加電圧値に電圧減少補正を加
えるため、常に最適状態の帯電処理と画像形成が実行さ
れる。

【０１１０】また、帯電部材のトナーでの汚れや抵抗層
の環境湿度変動や耐久変動で、抵抗値が上昇した場合に
は検知電流量が減少し、画像部印加電圧値に電圧増加補
正を加えるため、帯電不足が無く、常に充分な画像濃度
と画質を得ることができる。

【０１１１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、像担持体
としての被帯電体の帯電処理を接触帯電手段を用いて行
う画像形成装置、更にはその帯電処理した被帯電体面に
画像情報を含んだ光像を照射する工程を含む作像プロセ
スを適用して画像形成を実行する画像形成装置につい
て、耐久による被帯電体の膜厚変化、帯電部材の耐久変
化、帯電部材の抵抗層の環境変動に拘らず、帯電不足が
なく、常に充分な画像濃度と画質を維持させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施例の画像形成装置の概略構成図

【図２】 （ａ）・（ｂ）はそれぞれローラタイプ以外
の形態の接触帯電部材横断面模型図と、それ等の帯電部
材の清掃部材の図

【図３】 装置の動作シーケンス図

【図４】 （ａ）・（ｂ）はそれぞれ帯電特性グラフ

【図５】 感光体層と帯電ローラ及び両者の接触部の微
視的空間の形成する等価回路図

【図６】 空隙ギャップと空隙破壊電圧の関係グラフ

【図７】 （ａ）は感光体と帯電ローラの当接ニップ部
を示した図、（ｂ）は等価回路図

【図８】 （ａ）・（ｂ）は帯電能膜厚依存性を示した
グラフ

【図９】 検知電圧と補正電圧出力値の関係グラフ

【図１０】 （ａ）・（ｂ）は効果の説明図

【図１１】 第２の実施例装置のシーケンス図

【図１２】 第３の実施例装置のシーケンス図

【図１３】 第４の実施例装置のシーケンス図

【図１４】 接触帯電装置の一例の概略図

【符号の説明】

１ 被帯電体（感光体） ２ 帯電ローラ ３ 帯電バイアス印加電源 ４ 帯電部材の清掃部材 １０ 画像露光手段 １１ 現像手段 １２ 転写手段 １３ クリーニング手段 １４ 転写材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳田 真 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−9883（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−130787（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/00 G03G 15/02 G03G 15/04 G03G 15/043

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被帯電体に該被帯電体面を帯電処理する
   工程及び光像照射の露光をする工程を含む作像プロセス
   を適用して画像形成を実行する画像形成装置であり、 該被帯電体の帯電処理手段は、電圧を印加した帯電部材
   を被帯電体に当接させて被帯電体面を帯電する接触式帯
   電装置であり、且つ帯電部材の清掃手段を有し、 該帯電部材が被帯電体の非画像形成領域に対応している
   ときに該帯電部材を清掃手段により清掃し、この清掃手
   段による清掃が終了した後で帯電部材の電源電圧を直流
   定電圧制御し、そのときの直流電流量を検知し、該帯電
   部材が被帯電体の画像形成領域に対応しているときは上
   記検知した直流電流量に応じて印加電圧と光像照射の露
   光量を制御するようにした、 ことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 被帯電体に該被帯電体面を帯電処理する
   工程及び光像照射の露光をする工程を含む作像プロセス
   を適用して画像形成を実行する画像形成装置であり、 該被帯電体の帯電処理手段は、電圧を印加した帯電部材
   を被帯電体に当接させて被帯電体面を帯電する接触式帯
   電装置であり、且つ帯電部材の清掃手段を有し、 該帯電部材が被帯電体の非画像形成領域に対応している
   ときに該帯電部材を清掃手段により清掃し、この清掃手
   段による清掃が終了した後で帯電部材の電源電圧を直流
   定電圧制御し、形成された静電潜像を現像した直後にそ
   のときの直流電流量を検知し、該帯電部材が被帯電体の
   画像形成領域に対応しているときは上記検知した直流電
   流量に応じて印加電圧と光像照射の露光量を制御するよ
   うにした、 ことを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 画像定着装置の定着ローラ温度が特定温
   度以下にて画像形成装置を稼働準備状態としたときの
   み、該帯電部材が被帯電体の非画像形成領域に対応して
   いるときに該帯電部材を清掃し、その後帯電部材の電源
   電圧を直流定電圧制御し、そのときの直流電流量を検知
   し、該帯電部材が被帯電体の画像形成領域に対応してい
   るときは上記検知した直流電流量に応じて印加電圧及び
   光像照射の露光量を制御するようにした、ことを特徴と
   する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 帯電部材は表層に高抵抗層を有する導電
   性帯電部材であることを特徴とする請求項１乃至同３の
   何れかに記載の画像形成装置。